葉片結(jié)構(gòu)對加工過程煙絲結(jié)構(gòu)及細(xì)支卷煙物理指標(biāo)的影響

李飛宇，陳小林*，張洪波，何 蓉，周學(xué)政，鄧國棟，譚奇忠，齊延鵬

（1.重慶中煙工業(yè)有限責(zé)任公司涪陵卷煙廠，重慶涪陵 408100；2.重慶中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，重慶 400060；3.中國煙草總公司鄭州煙草研究院，河南鄭州 450001）

細(xì)支卷煙是煙草制品的重要品類之一，其煙支圓周小，煙絲填充量顯著低于常規(guī)卷煙，單口焦油釋放量較低[1-3]，具有輕松舒適的吸食感而廣受歡迎。2017年細(xì)支卷煙銷售規(guī)模達(dá)到了中國國內(nèi)卷煙銷售量和總銷售額的5.03%和7.21%，對煙草行業(yè)銷量增量的貢獻(xiàn)率達(dá)263.5%[4]。細(xì)支卷煙銷量快速增長得益于質(zhì)量的不斷提升，因為細(xì)支卷煙并不是單純將常規(guī)卷煙變細(xì)[5]，而需在生產(chǎn)加工中完善與之配套的新技術(shù)。為此煙草行業(yè)啟動了“細(xì)支卷煙升級創(chuàng)新”重大專項[6]，科研人員在細(xì)支卷煙的梗絲利用[7-8]、香味補(bǔ)償、煙機(jī)設(shè)計與制造[9-13]等方面開展了大量研究，形成了多項具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)[14]，有效助推了細(xì)支卷煙質(zhì)量的提升。

隨著對細(xì)支卷煙生產(chǎn)加工技術(shù)理解的不斷深入，通過對煙絲結(jié)構(gòu)的研究[15]，煙草行業(yè)基本形成了“控長、控碎”的制絲工藝加工理念，并逐漸認(rèn)識到葉片結(jié)構(gòu)對細(xì)支卷煙制絲質(zhì)量的重要影響[16]，開始向卷煙加工的上游——打葉復(fù)烤環(huán)節(jié)延伸。然而葉片結(jié)構(gòu)對細(xì)支卷煙物理指標(biāo)是否產(chǎn)生顯著影響，具體影響哪些物理指標(biāo)尚未有明確論證。因此，本研究通過混料設(shè)計配比了不同結(jié)構(gòu)的配方煙葉，分析了葉片結(jié)構(gòu)與煙支物理指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系，證實葉片結(jié)構(gòu)與細(xì)支卷煙煙絲、煙支物理指標(biāo)之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性，研究結(jié)論與目前“降低大片率、提高中片率、控制小片率”的思路[17]完全吻合，為支撐當(dāng)前細(xì)支卷煙質(zhì)量提升提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料、儀器

材料：重慶中煙A 牌號細(xì)支卷煙配方煙葉（不添加梗絲、膨脹絲）；重慶中煙A 牌號細(xì)支卷煙產(chǎn)品煙支，規(guī)格97（67+30）mm×17.0 mm。

儀器：YJ118B型卷煙機(jī)（常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司）；TQ-2 葉片振動分選篩（鄭州煙草研究院）；YQ-2煙絲振動分選篩（鄭州煙草研究院）；RT-V型卷煙·濾棒綜合測試臺（成都瑞拓科技有限股份公司）；MV4420 微波煙支密度水分儀（德國TEWS）；葉片連續(xù)式振動分選篩（自研設(shè)備，參照TQ-2葉片振動分選篩篩網(wǎng)尺寸）；YDX-III 型端部落絲儀（中國科學(xué)院光學(xué)精密機(jī)械研究所、合肥威爾儀光電科技有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 葉片結(jié)構(gòu)混料設(shè)計

按照選葉后煙片大片率、中片率、小片率總和為100%，通過Minitab 統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行極端定點混料設(shè)計[18]，獲得葉片結(jié)構(gòu)混料設(shè)計方案見表1。

表1 細(xì)支卷煙葉片結(jié)構(gòu)混料設(shè)計方案 單位：%

1.2.2 片型配比方式

按A 牌號大生產(chǎn)葉組配方備料8 000 kg，采用多次測量的方式來準(zhǔn)確測定配方煙葉葉片結(jié)構(gòu)[19]。選葉工序完成后，均勻取樣2 000 kg，采用葉片連續(xù)式振動分選篩將煙葉篩分成大片（≥25.4 mm）、中片（12.7～25.4 mm）、小片（6.35～12.7 mm）和小碎片（≤6.35 mm）[20]，并保證篩出的各片型煙片重量比與配方煙葉葉片結(jié)構(gòu)基本一致。計算每組混料處理需要添加的大片、中片、小片比例及需補(bǔ)足的小碎片比例。根據(jù)計算將剩余煙葉6 000 kg 分為5 組，每組煙葉重量在800～1 200 kg，添入相應(yīng)比例的大片、中片、小片及小碎片，裝入不同的貯葉柜中。

1.2.3 細(xì)支卷煙樣品的制備

通過混料設(shè)計的不同葉片結(jié)構(gòu)的配方煙葉，采用A 牌號制絲工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制絲生產(chǎn)；其煙絲采用相同操作人員、同一卷包機(jī)臺，按照A 牌號卷包工藝標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的工藝參數(shù)進(jìn)行卷制包裝。

1.2.4 物理指標(biāo)檢測及分析方法

葉片結(jié)構(gòu)測定：按照參考文獻(xiàn)[19]規(guī)定的方法，在選葉工序后測定配方煙葉的葉片結(jié)構(gòu)，測試次數(shù)不少于10 次，分別計算大片率（≥25.4 mm）、中片率（12.7～25.4 mm）、小片率（6.35～12.7 mm）及小碎片率（≤6.35mm）的平均值。

煙絲結(jié)構(gòu)測定：按照參考文獻(xiàn)[21]的方法，測定烘絲出口、加香出口及煙槍出口的煙絲結(jié)構(gòu)，測試次數(shù)不少于3 次，分別計算煙絲長絲率（≥6.70 mm）、中絲率（3.35～6.70 mm）、整絲率（≥3.35 mm）、短絲率（1.00～3.35 mm）和碎絲率（≤1.00 mm）的平均值。

煙支物理指標(biāo)測定：按照參考文獻(xiàn)[22]規(guī)定的方法測定。

煙支密度測定：按照參考文獻(xiàn)[23]規(guī)定的方法測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Minitab統(tǒng)計分析軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析[18]。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉片結(jié)構(gòu)對煙絲結(jié)構(gòu)的影響

2.1.1 煙絲結(jié)構(gòu)變化

通過測定細(xì)支卷煙制絲卷接過程中烘絲、加香、卷制（煙槍出口）三個重點工序的煙絲結(jié)構(gòu)（見表2），可以看出：加工過程中煙絲結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)整絲率、長絲率漸次降低，中絲率、短絲率漸次增加的趨勢，煙絲整體由長變短。不同工序煙絲結(jié)構(gòu)總體均呈現(xiàn)N∶1∶1（長絲、中絲、短絲率比值）的特征，即煙絲中絲率、短絲率基本接近，且受長絲率反向影響，長絲率越高，則中絲率、短絲率越低，通過煙絲長絲率的變化基本可推算中絲率、短絲率的變化情況。在烘絲過程，不同葉片結(jié)構(gòu)配方的煙絲長絲率差異較大；加香后，各配方的長絲率差異縮小；但在卷煙機(jī)煙槍后，各配方的長絲率差異再次增大。

表2 不同葉片結(jié)構(gòu)混料設(shè)計的煙絲結(jié)構(gòu)指標(biāo) 單位：%

通過煙絲結(jié)構(gòu)經(jīng)加香和卷煙機(jī)煙槍的變化情況（見表3）可以看出，煙絲長絲率顯著降低，平均降幅約34個百分點；中絲率、短絲率均有小幅增加，平均增幅約為17、15個百分點。不同葉片配比的煙絲結(jié)構(gòu)在加工過程中的變化趨勢呈現(xiàn)出較顯著的差異，如配方1的長絲率、中絲率、短絲率變化幅度分別為-45.40、21.25、21.70 個百分點，而配方2 的長絲率、中絲率、短絲率變化幅度僅為-22.70、9.61、11.49 個百分點，兩者差異較大，說明葉片結(jié)構(gòu)變化不僅直接影響切后葉絲的形態(tài)，與葉片尺寸形狀相關(guān)的葉片脈絡(luò)分布也會影響煙絲結(jié)構(gòu)。經(jīng)加香工序后，煙絲的長絲、中絲、短絲變幅分別為-8.08、5.05、3.59 個百分點；經(jīng)卷煙機(jī)煙槍后，長絲、中絲、短絲變幅為-25.79、12.03、11.47 個百分點，可以看出卷制過程對煙絲的造碎強(qiáng)度要大于加香過程。

表3 不同葉片結(jié)構(gòu)混料設(shè)計的煙絲結(jié)構(gòu)變化幅度 單位：百分點

2.1.2 混料回歸分析

通過基礎(chǔ)分析可以證明不同葉片結(jié)構(gòu)對煙絲結(jié)構(gòu)的影響較為顯著，必然會對細(xì)支卷煙的質(zhì)量造成影響。為進(jìn)一步解釋不同葉片結(jié)構(gòu)對煙絲結(jié)構(gòu)的影響方式，采用混料回歸的方法對煙絲結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果見表4。

分析構(gòu)建的回歸模型（見表4），可以得到以下結(jié)論：烘絲后各工序的煙絲結(jié)構(gòu)均與葉片結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出一定的關(guān)聯(lián)性，但回歸模型的調(diào)整后R2均不高，說明葉片結(jié)構(gòu)僅部分影響煙絲結(jié)構(gòu)，切絲、烘絲等加工工序影響較大；當(dāng)煙絲到達(dá)加香機(jī)出口，回歸模型的擬合度有所提高，整絲率R2和調(diào)整后R2分別達(dá)到了93.06%和86.12%（P值達(dá)到0.069，接近005），說明葉片結(jié)構(gòu)對成品煙絲有一定影響；經(jīng)卷煙機(jī)相對高強(qiáng)度卷制處理后，葉片結(jié)構(gòu)混料回歸模型的擬合度進(jìn)一步發(fā)生變化，中絲率模型呈現(xiàn)較高的擬合度，R2和調(diào)整后R2分別達(dá)到了98.84%和95.38%（P＝0.137＞0.05），表明不同葉片結(jié)構(gòu)對卷煙煙支中絲的影響不顯著。

表4 煙絲結(jié)構(gòu)指標(biāo)混料回歸分析

在進(jìn)一步對擬合度較高的混料回歸模型系數(shù)分析可以發(fā)現(xiàn)：在卷制前，大片率增加有助于提高煙絲的整絲率，降低碎絲率（通過A_sl結(jié)果分析）；中片率、小片率增加在提高整絲率的同時也帶來碎絲率的增加（P＝0.18）（通過B_sl、C_sl 結(jié)果分析）。通過模型系數(shù)比分析（A_rs、C_rs），片型結(jié)構(gòu)對整絲率的影響程度排序為A≥B≥C（大片≥中片≥小片），對碎絲率的影響程度排序B≥C≥A（中片≥小片≥大片）。

在卷制后，片型結(jié)構(gòu)對中絲率的影響作用更為明顯，中片率提高有助于提高中絲率，而大片率和小片率提高則降低了中絲率（通過A_sl、B_sl、C_sl 的結(jié)果分析）。通過模型系數(shù)比分析（A_rs 和C_rs），對中絲率的影響程度排序為C≥A≥B（小片≥大片≥中片）。總之，如需追求煙支中絲比率，不僅要提高中片率，還要控制碎片率，降低大片率。

2.2 葉片結(jié)構(gòu)對煙支物理指標(biāo)的影響

在研究煙絲結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，又對細(xì)支卷煙煙支物理指標(biāo)進(jìn)行了測試分析，并在其中選取了與葉片結(jié)構(gòu)具有一定相關(guān)性的檢測指標(biāo)，詳見表5。結(jié)果表明，葉片結(jié)構(gòu)在影響煙絲結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對煙支物理指標(biāo)產(chǎn)生了影響，影響主要集中在指示細(xì)支卷煙質(zhì)量穩(wěn)定性的指標(biāo)，特別是評價煙支之間質(zhì)量差異的標(biāo)準(zhǔn)偏差等指標(biāo)。可以看出，配方3（葉片混料的大片率、中片率、小片率分別為25%、55%、20%）的煙支物理指標(biāo)穩(wěn)定性最好，其在煙槍出口的煙絲長絲率、中絲率、短絲率分別為30.55%、33.9%、30.35%，長絲、中絲和短絲的比例最為接近（見表2）。

表5 葉片結(jié)構(gòu)混料設(shè)計的煙支物理指標(biāo)

通過混料回歸分析（見表6），表中所列細(xì)支卷煙物理指標(biāo)與葉片結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出較明顯的相關(guān)性，其中煙支密度變異系數(shù)、開吸吸阻、閉吸吸阻及端部落絲量模型擬合度較高，其R2均大于90%，調(diào)整后R2最低為88.41%（P值接近于0.05），說明回歸模型能夠解釋該指標(biāo)變化情況，從一定程度上說明葉片結(jié)構(gòu)對細(xì)支卷煙物理指標(biāo)有著直接影響。

表6 煙支物理指標(biāo)混料回歸分析

通過對回歸模型分析可以看出，中片率模型系數(shù)（B_sl）一般顯著小于大片率和小片率的模型系數(shù)（A_sl 和C_sl），說明提高中片率能夠起到改善細(xì)支卷煙物理指標(biāo)（望小）的作用。通過對模型系數(shù)比分析，對煙支密度變異系數(shù)、端部落絲量的影響排序為C≥A≥B（小片≥大片≥中片），對開吸吸阻標(biāo)偏的影響排序為A≥C≥B（大片≥小片≥中片）。綜合考慮各項指標(biāo)對細(xì)支卷煙質(zhì)量的影響，要改善細(xì)支卷煙的物理指標(biāo)，不僅應(yīng)提高原料煙葉的中片率，還應(yīng)降低大片率，控制小片率。

3 小結(jié)

本研究通過混料設(shè)計進(jìn)行了不同葉片結(jié)構(gòu)配比試驗，測定比較了細(xì)支卷煙生產(chǎn)過程中煙絲結(jié)構(gòu)和成品煙支物理指標(biāo)。采用混料回歸分析確定了細(xì)支卷煙物理指標(biāo)與葉片結(jié)構(gòu)的相關(guān)性，基于混料回歸模型系數(shù)分析了煙葉原料大片率、中片率、小片率對細(xì)支卷煙物理指標(biāo)的影響方式。結(jié)果表明：1）葉片結(jié)構(gòu)與加工過程的煙絲結(jié)構(gòu)、部分指示細(xì)支卷煙穩(wěn)定性的物理指標(biāo)都有著較強(qiáng)的相關(guān)性。2）葉片結(jié)構(gòu)能夠?qū)е聼熃z結(jié)構(gòu)變化，但受加工工序的影響呈現(xiàn)出不同的規(guī)律，在卷制后均呈現(xiàn)N∶1∶1（長絲、中絲、短絲之比）的比例特征。3）提高中片率，降低大片率，控制小片率，能夠改善細(xì)支卷煙的物理指標(biāo)。